A robust numerical framework for the analysis of material failure of fibre reinforced soft tissue

In this work, robustness and stability of continuum damage models applied to material failure in soft tissues are addressed. In the implicit damage models equipped with softening, the presence of negative eigenvalues in the tangent elemental matrix degrades the condition number of the global matrix, leading to a reduction of the computational performance of the numerical model. Two strategies have been adapted from literature to improve the aforementioned computational performance degradation: the IMPL-EX integration scheme [Oliver,2006], which renders the elemental matrix contribution definite positive, and arclength-type continuation methods [Carrera,1994], which allow to capture the unstable softening branch in brittle ruptures. The IMPL-EX integration scheme has as a major drawback the need to use small time steps to keep numerical error below an acceptable value. A convergence study, limiting the maximum allowed increment of internal variables in the damage model, is presented. Finally, numerical simulation of failure problems with fibre reinforced materials illustrates the performance of the adopted methodology

Engaging customers before the trip: experimental analysis of the role of virtual and augmented reality in the creation of tourism pre-experiences

La llegada de las tecnologías de realidad-virtualidad está cambiando la forma en que los consumidores experimentan los entornos reales y virtuales. Las tecnologías inmersivas están siendo cada vez más usadas por parte de las empresas para dar forma a las experiencias de los consumidores. En concreto, la realidad aumentada (RA) y la realidad virtual (RV) están revolucionando la forma en que los turistas potenciales perciben y experimentan los productos y servicios turísticos. Especialmente, estas tecnologías pueden utilizarse para superar las características inherentes al turismo en la etapa previa a la experiencia (intangibilidad). En esta etapa las tecnologías inmersivas proporcionan a los turistas potenciales una información rica y experiencial que les permite evaluar el producto turístico en mejores condiciones, lo que les sitúa en una posición ventajosa para tomar decisiones más adecuadas.Centrándose en esta etapa, esta tesis doctoral tiene como objetivo principal analizar las dimensiones cognitivas, afectivas y comportamentales de las experiencias de los usuarios con la RA y la RV. En este sentido, los objetivos específicos de esta tesis doctoral son:1. Establecer las barreras conceptuales que definen a las diferentes realidades, tecnologías, y las experiencias de los consumidores con las tecnologías de realidad-virtualidad.2. Analizar los efectos de la integración tecnológica (technological embodiment) en las pre-experiencias turísticas con tecnologías inmersivas.3. Comparar los efectos de la RA y la RV en una pre-experiencia turística.4. Examinar los efectos del enriquecimiento sensorial de las pre-experiencias turísticas con RV.5. Analizar el impacto de las pre-experiencias inmersivas a lo largo de diferentes contextos turísticos.La revisión de la literatura realizada sobre el impacto de la RA/RV en el campo del turismo nos permite detectar diferentes tendencias. Cabe destacar el hecho de que la literatura inicial en esta temática es eminentemente teórica y que la mayor parte de los artículos han sido publicados en los últimos años. En la actualidad, se están realizando estudios tanto con RA como con RV, centrándose en las etapas de pre-experiencia y experiencia, usando mayoritariamente metodologías cuantitativas, e incrementando la variedad de contextos turísticos en los que se han estudiado estas tecnologías.En el marco teórico de la tesis doctoral se pretende superar las inconsistencias que existen en el uso de la terminología referente a las diferentes realidades y, considerando los desarrollos recientes, se procede a la actualización del continuo de realidad-virtualidad. De esta forma, se consideran los entornos reales y virtuales como los extremos del continuo. En esta última categoría se encuentra la RV, definida como entornos inmersivos generados mediante ordenador en los que los usuarios pueden navegar y posiblemente interactuar, produciéndose una estimulación de sus sentidos en tiempo real, lo que hace que se sientan presentes en el entorno mostrado. Entre estos extremos del continuo podemos encontrar otras realidades formadas por diferentes mezclas de realidad-virtualidad: RA, en la que los elementos digitales se superponen en el entorno real; virtualidad aumentada, en la que los elementos reales se superponen en el entorno virtual; y realidad mixta pura, en la que los usuarios se encuentran en el mundo real y el contenido digital está totalmente integrado en su entorno, por lo que los usuarios pueden interactuar con los elementos reales y virtuales, y estos elementos pueden interactuar entre ellos. Además, se analiza teóricamente cómo estas realidades pueden ser integradas durante las diferentes etapas del proceso de decisión de compra del consumidor para ofrecer experiencias memorables de mayor valor añadido. A continuación, se presenta el cubo EPI (Embodiment-Presence-Interactivity) que está constituido por tres dimensiones relacionadas con los elementos principales que forman parte de la interacción humano-tecnología: la integración tecnológica (technological embodiment; factor tecnológico), la percepción de presencia (factor humano) y la interactividad (factor comportamental). En primer lugar, la integración tecnológica es definida como estados en los que la tecnología se convierte en una extensión del cuerpo humano al estar cada vez más integrada con los sentidos humanos. Por su parte, la presencia es la percepción subjetiva de un ser humano de encontrarse en un lugar diferente al que realmente se encuentra. Por su parte, la interactividad comportamental se define como la capacidad del usuario de modificar (forma y contenido), así como recibir retroalimentación de sus acciones en la realidad en la que se encuentra. A lo largo de las diferentes caras y en el interior de cubo, las tecnologías actuales (y futuras) de realidad-virtualidad son colocadas de acuerdo a estas dimensiones. El cubo EPI es la base teórica en la que se fundamentan los análisis empíricos realizados.El primer estudio empírico de la tesis analiza cómo el grado de integración tecnológica afecta a las pre-experiencias de los consumidores con un destino turístico. Basándose en el modelo Estímulo-Organismo-Respuesta, se estudia como el nivel de integración tecnológica (estímulo) afecta a las percepciones de inmersión y la estimulación sensorial de los usuarios (organismo), y su posterior efecto en el engagement y las intenciones comportamentales hacia el destino mostrado (respuesta). Además, se analiza el efecto moderador del tipo de turismo (activo vs. pasivo). Los datos se recogieron de un experimento de laboratorio con 202 participantes, que pudieron ver un vídeo en 360 grados en el que se mostraba un destino turístico con dispositivos que difieren en su grado de integración tecnológica. Los resultados demuestran que los RV HMD (Head-Mounted Display) están más integrados corporalmente que los smartphones, y estos más que los ordenadores de sobremesa. El uso de RV HMD genera experiencias más inmersivas, una mayor estimulación sensorial, engagement, siendo este efecto no significativo en el caso de las intenciones comportamentales. La inmersión y la estimulación sensorial median el efecto del dispositivo en el engagement, mientras que en el caso de las intenciones comportamentales este efecto es mediado por la estimulación sensorial. Finalmente, los efectos de la integración tecnológica en la inmersión, estimulación sensorial y el engagement son mayores cuando se visualizan vídeos de turismo activo (en comparación a turismo pasivo).El segundo estudio se adentra en el análisis del impacto de la RV en la industria hotelera. Se considera el efecto de la integración tecnológica en las reacciones emocionales y en el engagement psicológico y comportamental. En el experimento realizado se pidió a 141 participantes que imaginaran que iban a visitar un destino y que estaban buscando un alojamiento. A continuación, tuvieron una pre-experiencia con una habitación de hotel (vídeo en 360 grados) con dispositivos que diferían en su grado de integración tecnológica. Los resultados vuelven a demostrar empíricamente que los RV HMD están más integrados corporalmente que los smartphones, y estos más que los ordenadores de sobremesa. Dispositivos más integrados corporalmente generan mayores reacciones emocionales, engagement psicológico y comportamental. Las reacciones emocionales median el efecto de la integración tecnológica en el engagement psicológico (no significativo en el caso del engagement comportamental). Finalmente, el engagement psicológico media el impacto de la integración tecnológica en el engagement comportamental. Ambos estudios ponen de manifiesto la importancia de la integración de la tecnología cuando se analizan las experiencias con tecnologías inmersivas, así como la existencia de un proceso afectivo subyacente en el uso de estas tecnologías.Una vez validado empíricamente el concepto de integración tecnológica, el siguiente estudio procede a comparar la eficacia de la RA y la RV en una pre-experiencia turística. Para realizar este análisis se considera el grado de presencia que genera el contenido visualizado, junto con el grado de integración tecnológica provocado por el dispositivo empleado, y que dan forma a las diferentes experiencias con RA y RV. Se llevó a cabo un experimento de laboratorio en el que 206 participantes tuvieron que imaginar que iban a visitar un destino y debían elegir alojamiento. Los participantes fueron asignados aleatoriamente a una de las condiciones experimentales en las que pudieron ver la habitación del hotel con diferentes combinaciones de contenidos (realista vs. digital) y dispositivos (HMD vs. smartphone). Los resultados vuelven a validar la clasificación de la integración tecnológica, estando los HMD más integrados que los smartphones. Por su parte, los contenidos realistas generan mayor presencia que los digitales. Los contenidos que se parecen al mundo real generan mayores percepciones de atractivo visual, facilitan la imaginación y fomentan las intenciones de reserva. El atractivo visual y la facilidad para imaginar median el impacto del contenido en las intenciones de reserva. Todos estos efectos son mayores cuando se usan HMD (en comparación a smartphones). Estos resultados ponen de manifiesto que la combinación de RV HMD con contenidos realistas es la más adecuada para mostrar un producto turístico.El último estudio empírico trata de adentrarse en el proceso de sensorialización de las experiencias digitales con las tecnologías inmersivas. Se analiza cómo la influencia combinada de los estímulos olfativos y los dispositivos de RV pueden mejorar la estimulación sensorial en el contexto de un destino turístico, y cómo esta estimulación sensorial afecta directamente (e indirectamente a través de la facilidad para imaginar) a las imágenes afectiva y comportamental del destino mostrado. Asimismo, se estudia cómo la congruencia de los olores con el contenido mostrado modera la influencia de la experiencia digital multisensorial en las respuestas afectivas y comportamentales. Se llevó a cabo un experimento en el que 263 participantes vieron un destino turístico usando una determinada tecnología (RV HMD vs. ordenador de sobremesa) en una habitación con diferentes tipos de olores (no olor vs. olor agradable y no congruente vs. olor agradable y congruente). Los resultados confirman que los dispositivos de RV integrados, junto con la incorporación de olores agradables y congruentes, mejoran la estimulación sensorial de la experiencia digital, que directamente (e indirectamente a través de la facilidad para imaginar) influye en las reacciones afectivas y comportamentales. Estas experiencias multisensoriales enriquecidas refuerzan el vínculo entre la imagen afectiva y comportamental del destino. Como conclusiones generales de la tesis doctoral, se clarifican las características que definen a las diferentes realidades, explorando cómo las tecnologías vinculadas a las mismas pueden ayudar en el desarrollo de experiencias del consumidor mejoradas. Asimismo, se establece un marco de referencia (cubo EPI) que permite clasificar a todas estas tecnologías. Los resultados de los estudios empíricos ponen de manifiesto la importancia de considerar la integración del dispositivo en las experiencias con tecnologías inmersivas. Cabe resaltar que estos estudios señalan la existencia de mecanismos subyacentes de carácter cognitivo y afectivo que tienen lugar durante las experiencias inmersivas y que afectan a las respuestas de los turistas potenciales. Además, los resultados de esta tesis enfatizan la importancia de proporcionar contenidos realistas a los turistas potenciales que, junto al uso de dispositivos integrados con los sentidos (HMD), son capaces de generar las pre-experiencias más efectivas. Finalmente, se resalta que la incorporación de olores agradables y congruentes con el destino mostrado es capaz de mejorar la estimulación sensorial durante la pre-experiencia digital, lo que fomenta las reacciones afectivas y comportamentales hacia el destino. A nivel teórico, la revisión de la literatura realizada permite obtener una visión general sobre los temas tratados en relación al impacto de la RA y la RV en la industria turística. Además, la versión actualizada del continuo realidad-virtualidad que se ha propuesto permite delimitar de forma conceptual las características inherentes a estas realidades. El cubo EPI supone la siguiente contribución teórica de la presente tesis doctoral, permitiendo clasificar a las tecnologías actuales (y potenciales) de realidad-virtualidad. Los resultados de los estudios empíricos señalan la importancia de incorporar la variable de integración tecnológica en los estudios con tecnologías inmersivas. Además, se debe considerar la ruta cognitiva y afectiva que tiene lugar con estas tecnologías. De igual forma, se contribuye a la literatura previa realizando el primer estudio que compara empíricamente a la RA y la RV, distinguiendo entre el tipo de contenido y dispositivo que dan forma a las experiencias con estas realidades. Finalmente, se ha contribuido a la literatura emergente sobre experiencias digitales multisensoriales al analizar cómo la incorporación de olores (y sus características específicas) puede mejorar las pre-experiencias turísticas con RV. A nivel práctico, la versión actualizada del continuo realidad-virtualidad permite a los profesionales de la industria de las TIC usar correctamente los términos y, de esta forma, aplicarlos correctamente en la denominación de las tecnologías derivadas de estas realidades y en las experiencias que pueden ofrecer con ellas. Por otra parte, el cubo EPI es una herramienta que permite a los gerentes elegir la tecnología más adecuada según su estrategia de marketing. Los resultados de los estudios empíricos realizados recomiendan a los gerentes turísticos tener en cuenta el grado de integración del dispositivo utilizado con los sentidos humanos (integración tecnológica). Específicamente, el uso de RV con dispositivos más integrados como HMD impulsa el engagement de los turistas potenciales en sus pre-experiencias. Igualmente, las agencias de viaje y los sitios web de reservas pueden utilizar esta tecnología para promocionar mejor los productos turísticos que ofrecen. En los eventos especiales (p. ej. ferias turísticas) el uso de RV HMD supondrá proporcionar experiencias inmersivas más valiosas entre los asistentes. El uso de contenidos realistas (p. ej. vídeos en 360 grados) junto a estas tecnologías supone la combinación más efectiva para la promoción de los productos turísticos. Además, la incorporación de estímulos sensoriales adicionales que complementen los que tradicionalmente proporciona la tecnología (audiovisuales), particularmente en el caso de la RV, supone un avance en la generación de experiencias digitales más similares a la realidad. Finalmente, se muestran las limitaciones generales de la tesis doctoral que ofrecen oportunidades para futuras líneas de investigación. Se propone la realización de experimentos de campo (p. ej. en agencias de viajes) incluyendo muestras más diversas, así como la inclusión de medidas de comportamiento real. Asimismo, futuras investigaciones podrían incluir estímulos sensoriales adicionales a los analizados (p. ej. táctiles y gustativos) para obtener una visión completa de las experiencias digitales multisensoriales con RV. Finalmente, se proporciona una agenda de investigación futura en la que se formulan preguntas en relación a cuatro vertientes: las realidades, la experiencia de los consumidores con las tecnologías inmersivas, el impacto de la RA y RV en el turismo, y la generación de experiencias digitales multisensoriales con las tecnologías inmersivas. La tesis doctoral finaliza reflexionando sobre cómo estas tecnologías pueden ayudar a la recuperación de la industria turística durante y tras la actual pandemia de COVID-19.<br /

Statistical characterization of soft tissue inelastic parameters and application to the material failure of the aortic ach

Caracterización de los procesos de disipación mecánica basándose en la microestructura de los tejidos blandos. We present a continuous damage model with regularized softening (smeared crack models) for fiber reinforced soft tissues. Material parameters of the continuous model derive from the mesoscopic scale. In the mesoscopic scale continuum is considered as a collagenous fibrilreinforced composite. We want to study the continnumlevel response as a function of the nanoscale properties of the collagen and the adherent forces between the tropocollagen molecules

A continuum damage model characterization based on the soft tissue mesostructure

Material properties of soft tissues are highly conditioned by the hierarchical structure of this kind of composites. These collagen-based tissues present a complex framework of fibres, fibrils, tropocollagen molecules and amino-acids. As the structural mechanisms that control the degradation of soft tissues are related with the behaviour of its fundamental constituents, the relationship between the molecular and intermolecular properties and the tissue behaviour needs to be studied

Nuevos desarrollos en la caracterización geométrica y simulación mecánica de paredes arteriales

El presente trabajo resume los desarrollos realizados por el Grupo de Mecánica Computacional de la ETSICCP de la UPM en el campo de la biomecánica. Se presentan estrategias de caracterización geométrica de paredes arteriales a partir de tomografía computarizada y de reconstrucciones tridimensionales del cayado aórtico, se describe una metodología de implementación de las tensiones iniciales dentro del contexto del análisis por elementos finitos y se expone un modelo constitutivo de daño continuo que busca reproducir la degradación material del tejido aórtico

A regularised continuum damage model based on the mesoscopic scale for soft tissue

Material properties of soft fibrous tissues are highly conditioned by the hierarchical structure of this kind of composites. Collagen based tissues present, at decreasing length scales, a complex framework of fibres, fibrils, tropocollagen molecules and amino-acids. Understanding the mechanical behaviour at nano-scale level is critical to accurately incorporate this structural information in phenomenological damage models. In this work we derive a relationship between the mechanical and geometrical properties of the fibril constituents and the soft tissue material parameters at macroscopic scale. A Hodge–Petruska two-dimensional model has been used to describe the fibrils as staggered arrays of tropocollagen molecules. After a mechanical characterisation of each of the fibril components, two fibril failures modes have been defined related with two planes of weakness. A phenomenological continuous damage model with regularised softening was presented along with meso-structurally based definitions for its material parameters. Finally, numerical analysis at fibril, fibre and tissue levels are presented to show the capabilities of the mode

Análisis de los parámetros que definen un modelo de daño aplicado al deterioro de la capacidad resistente de paredes arteriales

El comportamiento mecánico de las paredes arteriales constituye un ingrediente fundamental para entender enfermedades cardiovasculares como las disecciones aórticas o la fisuración de placas de ateroma. El fenómeno mecánico que subyace en estas enfermedades es el fallo constitutivo del material, que puede deberse a la degradación de las propiedades mecánicas del tejido, a la aplicación de una carga excesiva o la concentración de tensiones que tiene lugar en traumatizaciones de la íntima. Un modelo que busque reproducir este comportamiento biomecánico debe incorporar además la información histológica de las paredes arteriales, formadas en una primera aproximación por una matriz acuosa incompresible y dos familias de fibras dispuestas helicoidalmente. De entre los modelos mecánicos existentes cabe destacar los modelos de daño, que con un conjunto pequeño de parámetros son capaces de reproducir la degradación de la capacidad resistente tanto en la matriz como en las fibras. Esta simplicidad convierte a esta clase de modelos en una herramienta muy útil para estudiar este fenómeno. En este trabajo se presenta un estudio para un modelo de daño de los parámetros que lo definen, asociados a la imposición de la incompresibilidad de la matriz acuosa y a las evoluciones del daño en dicha matriz y en las dos familias de fibras. Se incluye una revisión de las técnicas existentes para imponer la incompresibilidad, un resumen bibliográfico de la caracterización experimental de los parámetros materiales y un análisis de su influencia en el comportamiento estructural de la aorta, analizada mediante ensayos de tracció

Proyecto: un Museo para San Pablo.

La empresa Ars Management S. L. es una empresa de gestión cultural que propone en este proyecto la musealización de la claustra de la iglesia parroquial de San Pablo de Zaragoza. Con esta intención plantea una exposición permanente y una serie de actividades para invitar al público a visitar este monumento patrimonio de la humanidad, conocer el importante patrimonio mueble que guarda y acercarse a conocer la importante historia de este barrio.Así en este proyecto se expone nuestra propuesta de musealización para revalorizar el patrimonio cultural zaragozano y darle un nuevo empuje a la oferta turística de este sector del Casco Histórico de Zaragoza.<br /

A gradient-enhanced continuum damage model with application to fibre-reinforced tissues at finite strains

A non-local gradient-based damage formulation within a geometrically non-linear set- ting is presented. The hyperelastic constitutive response at local material point level is governed by a strain energy function which is additively composed by an isotropic neo-Hookean matrix and by an anisotropic fibre-reinforced material based on the model proposed by T. Gasser, R. Ogden, and G. Holzapfel

A gradient-enhanced continuum damage model for fibre-reinforced materials

Modelo de daño no local definido a materiales fibrados. Este modelo se aplica al estudio de problemas típicos en la biomecánica de los tejidos blandos, como las paredes arteriales